[发明专利]形成反式钙钛矿太阳能电池电子传输层的方法及其应用

说明书

本发明公开了形成反式钙钛矿太阳能电池电子传输层的方法及其应用。其中，形成反式钙钛矿太阳能电池电子传输层的方法包括：提供电子传输层涂布墨水和基片，所述基片包括导电玻璃衬底、空穴传输层和钙钛矿薄膜；采用刮涂处理、狭缝挤出处理、喷涂处理中的至少之一，将所述电子传输层涂布墨水涂布到所述钙钛矿薄膜远离所述空穴传输层的至少部分表面，得到电子传输层。该方法可实现反式钙钛矿太阳能电池中电子传输层的大面积制备，产品界面结合良好，能够获得大面积均一致密的电子传输层，有助于推进大面积反式结构钙钛矿太阳能电池的产业化进程。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，具体而言，本发明涉及形成反式钙钛矿太阳能电池电子传输层的方法及其应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的新型太阳能电池。过去十年，钙钛矿电池的研究迅猛发展，其电池光电转换效率目前已达到25.5％。相比晶体硅电池，钙钛矿电池的效率上限更高，制造成本更低廉，是更具有发展前景的新一代太阳能电池。

钙钛矿电池的器件结构分为正式结构和反式结构。正式结构由下到上由导电玻璃、电子传输层、钙钛矿薄膜、空穴传输层和背电极组成。反式结构中传输层材料的位置则与正式结构相反，首先在导电玻璃上沉积空穴传输层，然后在钙钛矿薄膜上沉积电子传输层。目前在钙钛矿电池的产业化进程中，稳定性是亟待解决的首要问题。除了提升钙钛矿吸光层本身的稳定性，选择合适的传输层材料，来实现更好的稳定性以及低廉可靠的大面积制备工艺，也是实现钙钛矿太阳能电池产业化的关键问题之一。

由于钙钛矿本身对很多溶剂都非常敏感，本领域中大多采用真空法在钙钛矿薄膜上面制备无机金属氧化物传输层，例如用原子层沉积工艺在钙钛矿薄膜上沉积ZnO、TiO₂及SnO₂等。真空法的缺陷首先在于设备昂贵，原材料利用率低，沉积速率缓慢，会引起产业化生产中成本的显著上升。其次，由于钙钛矿容易受热分解，采用真空法在钙钛矿薄膜上沉积金属氧化物，无法对衬底进行加热，所获得的金属氧化物多为非晶态结构，非晶态氧化物迁移率低，电导性差，难以获得高性能的钙钛矿电池器件。

实验室中，也有用溶液法在钙钛矿薄膜表面制备ZnO、TiO₂及SnO₂等的尝试，但是此类工艺均采用旋涂法，难以实现大面积的膜层制备。因此，开发一种电子传输层涂布墨水，直接采用结晶性好的金属氧化物纳米材料为电子传输材料，来实现在钙钛矿薄膜上涂布无机金属氧化物传输层的大面积制备工艺，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出形成反式钙钛矿太阳能电池电子传输层的方法及其应用。该方法可实现反式钙钛矿太阳能电池中电子传输层的大面积制备，产品界面结合良好，能够获得大面积均一致密的电子传输层，有助于推进大面积反式结构钙钛矿太阳能电池的产业化进程。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种形成反式钙钛矿太阳能电池电子传输层的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：提供电子传输层涂布墨水和基片，所述基片包括导电玻璃衬底、空穴传输层和钙钛矿薄膜，所述空穴传输层形成在所述导电玻璃衬底的至少部分表面，所述钙钛矿薄膜形成在所述空穴传输层远离所述导电玻璃衬底的至少部分表面；采用刮涂处理、狭缝挤出处理、喷涂处理中的至少之一，将所述电子传输层涂布墨水涂布到所述钙钛矿薄膜远离所述空穴传输层的至少部分表面，得到电子传输层。

根据本发明上述实施例的形成反式钙钛矿太阳能电池电子传输层的方法，通过“溶液法”在钙钛矿薄膜顶层制备电子传输层。相对于现有的“真空法”(例如真空蒸镀、磁控溅射、原子层沉积、快速等离子沉积等)，本发明的方法成本低廉，且易于实现大面积制备，产品界面结合良好，能够获得大面积均一致密的电子传输层，有助于推进大面积反式结构钙钛矿太阳能电池的产业化进程。

另外，根据本发明上述实施例的形成反式钙钛矿太阳能电池电子传输层的方法还可以具有如下附加的技术特征：